УДК 621.331-83 Л.М. Лапина (КарГТУ, Караганда)

М.Л. Каракулин (КарГТУ, Караганда)

Е.М. Каракулин (КарГТУ, Караганда)

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЯГОВОГО ТИРИСТОРНОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Обеспечение высокой надежности работы тягового тиристорного электропривода, работающего от контактной сети постоянного тока (трамвай, троллейбус, метро и т.д.) связано с решением проблемы достижения устойчивой, циклической работы тиристорно-импульсного преобразователя. Одной из основных причин нарушения циклической работы является срыв коммутации. Под срывом коммутации тиристорно-импульсного преобразователя понимают возникающее при его работе не запирание рабочего тиристора силовой схемы, приводящее к подключению тяговых электродвигателей непосредственно к источнику электроэнергии, на полное напряжение сети. Тиристорный электропривод при этом из циклического импульсного режима работы переходит в режим непрерывного тока и становится неуправляемым. Переходный процесс, происходящий при этом в электроприводе, характеризуется, как правило, резким увеличением тока в тяговых электродвигателях. Степень нарастания тока определяется условиями, в которых работал электропривод непосредственно в момент перед срывом коммутации. Чем меньше было напряжение на тяговом электродвигателе, и чем ниже была его частота вращения, тем больше будет бросок тока в электродвигателе. У тягового электропривода, вследствие большой массы транспортного средства, электромеханическая постоянная времени переходного процесса значительно превышает электрическую постоянную. Поэтому ограничение максимального значения тока при переходном электрическом процессе за счет влияния электромеханического переходного процесса незначительно. Ток в тяговом электродвигателе успевает достичь своего максимального значения, определяемого только электрическими параметрами цепи электродвигателя. Необходимо отметить, что при нарастании тока наблюдается запаздывание изменения магнитного потока по отношению к току якоря, обусловленное влиянием вихревых токов в полюсах и якоре электродвигателей, что приводит к возрастанию максимального значения тока. Кроме того, вихревые токи, возникающие в сердечниках дополнительных полюсов, ослабляют их действие, в результате существенно ухудшаются коммутационные условия работы коллектора электродвигателя в процессе протекания переходного режима.

Анализ переходных процессов при срыве коммутации показывает, что только при относительно большой частоте вращения тягового электродвигателя броски тока в нем не будут превышать допустимую величину. В остальных случаях срыв коммутации ведет к возрастанию тока в тяговых электродвигателях, превышающего допустимые значения по условиям коммутации коллектора и термической стойкости обмоток. Процессы, происходящие в тиристорном электроприводе при срыве коммутации, сходны с процессами, происходящими в тяговом электроприводе при контактно-реостатном управлении, при резком переключении контроллера с какой-либо ступени реостата на полное напряжение источника, минуя промежуточные ступени. Наиболее тяжелые условия протекания переходного процесса по току наблюдаются при срыве коммутации, происходящем в момент пуска тяговых электродвигателей. Срыв коммутации при пуске равносилен по характеру переходного режима процессам, происходящем при прямом пуске электродвигателя на полное напряжение источника. Известно, что прямой пуск допускается для двигателей постоянного тока мощностью не более 6 кВт, если время разгона до номинальной частоты вращения не превышает 0,1…0,3 секунды. Для тяговых электродвигателей городского электрифицированного транспорта, мощность которых достигает 60…120 кВт, режим прямого пуска и аналогичный ему режим срыва коммутации являются недопустимыми.

Интенсивное нарастание тока в тяговых электродвигателях при срывах коммутации в тиристорном электроприводе, обусловливает возникновение значительных механических нагрузок ударного характера в передаточном механизме электропривода, которые приводят к появлению в них остаточных деформаций, сокращению срока службы и вызывают рывки транспортного средства, создающие опасные ситуации для обслуживающего персонала.

Срывы коммутации в исправной силовой схеме тиристорного электропривода могут быть обусловлены только недостаточной зарядкой коммутирующего конденсатора к моменту запирания рабочих тиристоров. Для обеспечения надежного запирания рабочих тиристоров уровень энергии коммутирующего конденсатора должен соответствовать значению тока, протекающего через рабочие тиристоры в момент их запирания. Уровень зарядки коммутирующего конденсатора зависит от условий, в которых происходит зарядка.

В результате анализа работы тягового тиристорного электропривода, работающего от контактной сети постоянного тока, (трамвай, троллейбус, метро) установлены следующие основные факторы, вызывающие недостаточную зарядку коммутирующего конденсатора и приводящие к срывам коммутации:

1. Нарушение контакта между токосъемником и контактным проводом вызывающее возрастание сопротивления силовой цепи электропривода.

2. Изменение значения индуктивности питающего участка контактной сети в процессе движения.

3. Кратковременные снижения (провалы) напряжения в контактной сети, вызванные различными причинами (например, короткими замыканиями и т п.)

4. Уменьшение значения тока тяговых электродвигателей (например, при движении транспортного средства под уклон).

5. Не достаточная длительность интервала времени, отводимого системой управления для зарядки коммутирующего конденсатора.

6. Высокий уровень помех, создаваемый при работе силовой схемы, могущий вызвать преждевременное отпирание тиристоров.

Из вышесказанного следует, что для повышения надежности тягового тиристорного электропривода, работающего от контактной сети постоянного тока, (трамвай, троллейбус, метро и т.п.) требуется обязательное решение проблемы достижения устойчивой работы тиристорно-импульсного преобразователя.